2018年02月26日 | 基于LM1893的电力线载波通信系统设计方案

　　电力线载波通信以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高，投资少，见效快，与电网建设同步等优点。系统所有设备可就近、就地接入电力线，无需重新布线破坏建筑结构及装潢，具备适用于早期无通信系统的旧建筑以及不占用其他资源的特点；同时能够巡检用户，及时发现事故隐患，利于查找事故原因。其缺点是仅限于单个变压器供电范围内的管理，超出变压器供电范围的设计复杂，成本较高。
　　
　　随着入们生活水平的提高，智能大厦、智能小区已成为市场热点。作为一个综合性的系统工程，它包含许多小系统，各家各户、每一房间也存在铺设通信线路问题，例如消防报警系统、防盗报警系统等。把各报警点信息集中起来统一处理，采用电力线载波通信有其无法比拟的优越性。由于小区本身具有社区服务、保安中心，可在第一时间内获取相关报警信息以及定时巡检用户，根据需要可以采用电话联系方式与上级报警中心联系，完全可以弥补电力线载波通信存在的不足。本节以智能小区安全报警网络系统的应用为例，对基于LM1893的电力线载波通信系统作一介绍。
　　
　　一、系统简介
　　
　　电力线载波通信即将载波通信信号调制在输电线路上。载波通道的衰减特性类似于架空　　明线，即频率越高，其衰减越大，因而传输频段一般选在40～500 kHz范围内（为中频段），电力线与端局的耦合通过耦合电容进行。此外，为了阻止载波通信信号流人各种电力设备，配置了扼流线圈。智能小区通信报警系统结构如图1 - 157所示。

　　
　　二、系统设计
　　
　　区域控制中心硬件电路框图如图1 - 158所示。中心设备采用51单片机为主控单元，通过电力线载波芯片LM18 93实现与各用户端通信、传输报警和巡检信息。

　　
　　LM1893是美国National SEMIcon-ductor公司生产的高性能专用电力线载波通信芯片，可实现可靠的半双工电力线数据通信。LM1893含有数据调制解调的全部功能，只要设计出控制单元及线路耦合变压器，即可构成电力线载波通信系统。由于采用基于锁相环的解调器和针对脉冲噪声干扰设计的脉冲噪声滤波电路接收数据，使接收信号的动态范围很宽，灵敏度极高，且干扰小；发送数据时，运用基带数据对载波进行调制，调制后的载波信号经片内功率驱动器加到电力线上，进行半双工数据通信。
　　
　　语音电路用于报警提示，包括语音接口电路、语音处理组件以及话筒扬声器等。芯片选用ISD2500系列，外围少，控制简单，可根据需要分组录放并预置播放次数。
　　
　　看门狗电路选用X25045，以防止数据丢失和CPU误动作。该芯片集成了看门狗定时器、电源监控电路及EE PROM三部分，可编程操作，可靠性高，功耗低，内含512字节的EE PROM，用于存储话机号码、系统设置等数据。
　　
　　1．通信接口设计
　　
　　LM1893与51单片机的接口电路如图1- 159所示。采用51单片机为主控单元，通过LM1893芯片实现与各用户端的通信、传输报警和信息巡检。LM1893[5]电路的工作状态由发送／接收引出端TX/RX控制。当处于高电平发送状态时，由单片机送出的串行数据经LM1893的17脚送人内部调制器，产生控制电流，控制输出三角波的电流，控制振荡器工作频率。其输出信号经正弦波成形器、自动电平控制电路及输出功率放大器后输出，经过LC选频网络以后，由高压耦合电容送到电力线上。当处于低电平接收状态时，从电力线上来的信号经高压耦合电容和变压器T组成的耦合电路从LM1893的10脚送人内部平衡限幅放大器，经锁相环路解调，得出包含载波的高次谐波、噪声及直流分量的数据信号，经三阶RC滤波器和偏移抵消电路后的信号再经过比较器进行整形，并由脉冲噪声滤波器滤出信号中的脉冲干扰，从数据输出端12脚输出数据信号。

　　
　　当发生火警、盗警时，不仅要把报警信号及时、准确地发给中心主机，而且要对中心主机的巡检作出反应。为此，本节采用了两种载频来完成这两种通信任务，以解决相互干扰问题。LM1893的1、2脚为电流控制振荡器的外接电容端，用于控制电流振荡器的振荡频率。因此，本节通过单片机的Pl.1口，根据通信种类控制载波电容2的接入与断开，实现两种载频的切换，确保通信数据可靠。LM1893调制解调数据的输入、输出端分别与单片机的串行输出、输入端口相连接。单片机的Pl.0口为发送／接收控制端。
　　
　　LM1893初始化设置在接收报警信号状态，发生警情后，区域中心单片机一旦检测到Pl.3口负跳变信号，便读取LM1893的报警信息，发出报警。单片机上电复位后，将LM1893置于发送巡检信号状态，接收用户端返回的巡检结果。若出现异常情况，则接通报警。
　　
　　2．通信软件设计
　　
　　本系统利用单片机的多机通信功能通过串行工作方式实现区域报警中心与用户间的通信。主机通过不同的地址帧和数据帧信号与多用户实现一对一的通信，程序框图如图1 - 160所示。

　　
　　3．通信协议
　　
　　为确保通信的准确可靠，在本报警系统中采用了如下通信协议。

　　①主机发送的控制命令代码（发送时TB8=0）为：
　　
　　OOH:要求从机接收数据块；
　　
　　O1H:要求主机发送数据块。
　　
　　②地址FFH（发送时TB8 -1）是对所有从机都起作用的命令，命令所有从机恢复到
　　
　　SM2-1状态，准备重新接收主机发送的地址。
　　
　　③从机状态字格式为：

　　
　　其中
　　
　　如果DERR-1，则表示从机接收到非法命令；
　　
　　如果TRDY-1，则表示从机发送准备就绪；
　　
　　如果RRDY=1，则表示从机接收准备就绪。
　　
　　④发送数据块长度为16字节。
　　
　　本节设计的电力线载波通信系统由于具备数据的调制解调功能和与电力线的连接功能，并且包含了滤出电力线所特有的脉冲噪声的滤波器的LM1893集成电路，故可用于借助电力线构成的通信网络，具有成本低，工作方式灵活、可靠，抗干扰能力强的特点，可广泛应用于智能小区、商业网点等单变压器供电的局域网通信。